科學家觀測到中子星與黑洞碰撞產生的引力波

據國外媒體報導,目前,天文學家發現迄今最奇怪的引力波信號,該發現將有助於科學家們改寫對宇宙的認知。

圖中是藝術家描繪的兩個黑洞,一個比另一個品質大9倍,它們螺旋狀地相互撞擊。(圖源:互聯網)

圖中是藝術家描繪的兩個黑洞,一個比另一個品質大9倍,它們螺旋狀地相互撞擊。(圖源:互聯網)

當超大品質天體扭曲周圍時空並在宇宙釋放漣漪時,會形成引力波。2015年,科學家首次發現由兩個黑洞碰撞形成的引力波現象。

從那時起,引力波的探測變得越來越陌生,科學家迫切希望揭曉其中謎團,目前一支研究小組宣稱,首次探測到有比已知最大中子星更大、比已知最小黑洞更小的天體碰撞產生的引力波。雖然對科學家而言,該發現過於複雜,無法精確查明該過程究竟發生了什麼,但這一信號帶來更多天文觀測的希望,該發現甚至預示著未來人們將對超新星爆炸有更新的認識。

研究報告合著作者、美國西北大學引力波天文學家克里斯多夫‧貝里說:“這是一個非常奇妙的事情,它將真實改變我們對黑洞和中子星形成的理解,在我們能夠獲得更多觀測結果之前,這仍是一個謎團,但這並不意味著它沒有提供更多線索。”

他指出,“我們對該觀測結果非常有信心,這是一個非常漂亮的信號,這是一個非常美妙的引力波,當我第一次看到它的時候,我都無法相信,太震撼了!”

2019年8月14日,科學家觀測到引力波,當最初的分析表明此次碰撞產生的引力波可能合併了一個黑洞和一顆中子星時,他們對該現象產生更大的興趣。黑洞和中子星發生碰撞是科學家們一直期待已久的引力波事件,因為迄今為止他們僅觀測到黑洞之間碰撞或者中子星之間碰撞。

但隨著天體物理學家對這些資料進行更多的分析,他們意識到觀測到了更加奇怪的現象,依據科學家對此次合併事件的分析,其中一個碰撞天體黑洞,其品質大約是太陽的23倍,另一個碰撞天體的品質是太陽的2.6倍。

品質差距之謎
科學家將這兩個碰撞天體的大小差距稱為“品質差異”:該神秘天體比迄今研究的任何黑洞都小,但比任何已知的中子星更大,其品質大約是太陽的2.5至5倍之間。

研究報告合著作者、美國西北大學天體物理學家維姬‧卡羅格拉稱,黑洞和中子星碰撞合併現象已被預測了幾十年,但這個品質怪異的緻密天體引起了科學家的濃厚興趣。儘管我們無法確定該天體的類別,但是我們觀測到的要麼是最重的中子星,要麼是最輕的黑洞,不管怎樣,這都刷新了歷史紀錄。

在其他情況下,科學家在天體真實碰撞產生可觀測引力波之前就已確定它們的“身份”,但並非所有觀測結果都符合預期,此次科學家並沒有發現任何中子星可能產生的光信號,但這並不排除它是中子星的可能性。

同時,與科學家迄今研究的黑洞或者中子星“同類碰撞”不同的是,這兩個碰撞天體品質相差較大,較大天體品質是較小天體的9倍,這使科學家更難從引力波現象中觀測到事件細節。卡羅格拉在一項聲明中稱,我聯想到吃豆人遊戲,當品質差距較大的情況下,較小的緻密天體可能被黑洞一口吃掉!

引力波很難研究,因為該天文現象距離地球很遠,目前科學家觀測到的該引力波事件發生在距離地球約8億光年的區域,這比2017年8月觀測到雙中子星合併產生引力波的距離遠6倍。

由於觀測引力波存在諸多挑戰,要真正破解宇宙引力波天體品質差異謎團,科學家需要觀測更多的碰撞天體,最好是那些並不複雜的碰撞事件,最好兩個天體的品質相近。

貝里指出,確定中子星和黑洞之間模糊區域不僅僅是為了達到精確目的,更有助於我們對周邊宇宙區域的認知理解。

首先,引力波現象告訴科學家中子星是如何運行的,貝里將中子星稱為“終極粒子對撞機”,中子星的物質很難建模,貝里說:“我們在地球上無法模擬中子星,其形成條件太苛刻了,然而其屬性將決定中子星的最大體積,也就是大型中子星在什麼時候會膨脹,之後坍縮,這一臨界點觀測將在未來觀測研究中進一步驗證。

貝里稱,理解品質差距將對天體物理學產生重要影響,幾十年以來,天體物理模型已經假設在最大中子星和最小黑洞之間確實存在品質差距。如果這個品質差距比之前假設的小得多,或者根本不存在,那麼就需要對這些模型進行調整。調整後的模型可以改變我們對宇宙的理解,獲得比品質定義自身更廣泛的認知。

無論品質差距之謎是否被揭曉,最新觀測的新信號都指向引力波的未來研究前景。貝里說:“這證明了我們使用引力波探索宇宙才剛剛開始,我們不知道宇宙空間還有什麼,現在我們已觀測到一些較常見的天文現象,並且知道引力波的典型實例,但引力波仍具有複雜性,就像叢林中隱藏著神秘的稀有動物,我們仍需努力尋找答案。”

目前,這項最新研究報告發表在近期出版的《天體物理學雜誌快報》上◆

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